王 江 ，張 東 ，南宏強(qiáng) ，常耀威 ，段國(guó)武 ，陳 茜

（1.金川集團(tuán)鎳鈷研究設(shè)計(jì)院，甘肅 金昌737100；2.金川集團(tuán)鎳合金有限公司，甘肅 金昌737100）

等離子焊接氣體保護(hù)對(duì)焊縫氧氮含量影響研究

王 江1，張 東1，南宏強(qiáng)2，常耀威1，段國(guó)武2，陳 茜1

（1.金川集團(tuán)鎳鈷研究設(shè)計(jì)院，甘肅 金昌737100；2.金川集團(tuán)鎳合金有限公司，甘肅 金昌737100）

為滿足純鎳帶材加工等特殊的焊接要求，選用等離子焊接裝備，保護(hù)方式主要為氬氣保護(hù)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)條件，通過(guò)開(kāi)展焊接實(shí)驗(yàn)，研究等離子焊接過(guò)程中保護(hù)效果和影響因素，明確是否需要進(jìn)一步提供焊接保護(hù)措施和方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，氣體污染現(xiàn)象在等離子焊接過(guò)程中同樣存在，等離子焊接過(guò)程需要進(jìn)一步增加其他保護(hù)措施，降低氣體對(duì)焊縫的影響，使焊縫部位氣體含量趨于基材或更低，提高焊縫性能。

等離子焊接；保護(hù)方式；氣體污染；焊縫性能

純鎳可焊性較好，但在焊接過(guò)程中，氣體雜質(zhì)污染易引起焊接接頭脆化[1]。常溫下，純鎳是比較穩(wěn)定的，隨著溫度升高，它的性能開(kāi)始變化，其吸收氮、氧的能力隨之明顯上升。鎳在500℃高溫空氣中稍微氧化，當(dāng)溫度達(dá)到750℃時(shí)，則劇烈氧化[3]。隨著焊縫含氧量上升，焊縫的抗拉強(qiáng)度和硬度明顯升高，而焊縫塑性明顯下降，焊縫因氧的污染而變脆。氮在高溫液態(tài)金屬的溶解度隨氧的分壓增加而增多，氮對(duì)焊縫的影響主要是對(duì)沖擊韌性影響，含氮量增加，使焊縫的沖擊韌性明顯降低[5-6]。目前在焊接過(guò)程中對(duì)氣體流量變化對(duì)焊縫及熱影響區(qū)吸氣量變化沒(méi)有明確在量化方面的認(rèn)識(shí)[4]，通過(guò)本研究工作對(duì)其影響特點(diǎn)有一定的了解。

因此，通過(guò)開(kāi)展焊接實(shí)驗(yàn)，研究等離子焊接過(guò)程中保護(hù)效果和影響因素，明確是否需要進(jìn)一步提供焊接保護(hù)措施和方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及裝置

δ4 mm純鎳NW2201帶材，等離子焊機(jī)、剪板機(jī)、氮氧分析儀、直尺等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法及樣品制備

結(jié)合實(shí)際工藝條件，考慮對(duì)不同氣體保護(hù)狀態(tài)焊接樣品進(jìn)行分析，研究保護(hù)氣體流量對(duì)焊縫氧氮含量的影響。通過(guò)調(diào)整保護(hù)氣體比例，開(kāi)展三組試驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，主要技術(shù)條件為：1）設(shè)定參數(shù)，電流220 A、電壓24 V、焊接速度0.4 cm/s不變；2）在保證線能量一定的情況下，對(duì)保護(hù)氣調(diào)整，并設(shè)定參數(shù)和樣板編號(hào)分別為 1#0 L/min、2#7.5 L/min、3#15 L/min.其中考慮增大比例差距，更有利于表現(xiàn)效果。在焊接鎳及鎳合金時(shí)，為防止熱裂紋，應(yīng)采用較小的焊接線能量[2]。

完成不同氣保狀態(tài)下焊接實(shí)驗(yàn)后，對(duì)樣板進(jìn)行分條，根據(jù)焊接部位和焊接效果的不同，每塊樣板各取若干樣條，并對(duì)各樣條焊縫部位、熱影響區(qū)、基體分別進(jìn)行制樣，具體取樣情況見(jiàn)圖1.1#、2#、3#為焊接樣板，1#樣板無(wú)保護(hù)氣體，由于焊接效果明顯，在其熔滴上取3個(gè)氣體標(biāo)準(zhǔn)樣品；2#、3#每塊樣板根據(jù)焊接部位不同各取三條，分別為頭中尾各一條分別表示為 T、Z、W.如圖 1（b）所示，每個(gè)樣條從焊縫部位開(kāi)始沿一側(cè)進(jìn)行切割氣體試樣并編號(hào)，0號(hào)部位為焊縫，1、2、3為熱影響區(qū)，4、5 為母材基體部位。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)焊縫氣體進(jìn)行上下兩個(gè)面同時(shí)進(jìn)行分析，s表示上表面，x表示下表面。

圖1 樣品編號(hào)說(shuō)明

2 檢測(cè)結(jié)果

1#樣板焊接過(guò)程中，由于直接與空氣接觸焊縫直接熔化，對(duì)焊縫部位熔滴進(jìn)行取樣分析，測(cè)得氣體含量如圖2所示，氧含量急劇升高，達(dá)到0.1%以上，氮含量相較于母材偏高。

圖2 1#樣板氣體含量分布圖

對(duì)2#樣板焊縫部位進(jìn)行取樣分析，氮含量均小于1 ppm，氧含量如圖3所示，每根樣條氣體變化趨勢(shì)明顯，焊縫部位氧含量明顯偏高，熱影響區(qū)部位氧含量略有偏高，母材基體部位氧含量沒(méi)有明顯變化。

圖3 2#樣板各樣條氧含量分布圖

對(duì)3#樣板對(duì)焊縫部位進(jìn)行取樣分析，氮含量均小于1 ppm，測(cè)得氧含量如圖4所示，焊縫部位氧含量明顯降低，焊縫熱影響區(qū)和母材基體沒(méi)有明顯變化。

圖4 3#樣板各樣條氧含量分布圖

3 結(jié)論

1）通過(guò)三種保護(hù)氣方式檢測(cè)氣體含量變化整體趨勢(shì)為：隨著氣體保護(hù)加強(qiáng)，焊縫和熱影響區(qū)氧氮含量逐步降低，氮含量下降明顯，在后續(xù)兩組實(shí)驗(yàn)中氮含量的變化基本可以忽略。

2）通過(guò)數(shù)據(jù)顯示，在焊接過(guò)程中焊縫和熱影響區(qū)發(fā)生吸氧現(xiàn)象，焊縫部位吸氧明顯，實(shí)際操作過(guò)程中，焊接保護(hù)氣體流量達(dá)到合理參數(shù)值時(shí)，繼續(xù)增大會(huì)影響焊接參數(shù)平衡狀態(tài)，對(duì)于基材個(gè)別點(diǎn)氧含量浮動(dòng)的現(xiàn)象考慮可能跟原料有關(guān)。

3）實(shí)驗(yàn)表明，前期討論的吸氣現(xiàn)象在等離子焊接過(guò)程中也存在，需要進(jìn)一步通過(guò)增加其他保護(hù)措施，使焊縫部位氣體含量趨于基材或更低，提高焊縫性能。

[1]李亞江.焊接組織性能與質(zhì)量控制[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：89-179.

[2]Sindo kou.焊接冶金學(xué)[M].2版.北京：高等教育出版社，2012：61-71.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第2卷.材料的焊接）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：644-717.

[4]包 峰，胡世武.離子焊接工藝參數(shù)對(duì)焊縫成型的控制[J].焊接，1993（12）：7-9.

[5]萬(wàn) 軍.鎳及鎳基合金的焊接[J].鍋爐制造，2004，8（03）：32-34.

[6]姜家儀，鄭世鋒.純鎳材料焊接工藝優(yōu)化[J].化工建設(shè)工程，2002，24（05）：45-47.

[7]楊國(guó)輝.進(jìn)口NSB-162-200純鎳焊接工藝研究[J].電焊機(jī)，2005，35（10）：58-60.

Effect of Gas Protection on Plasma Oxygen and Nitrogen Content in Welding Seam

WANG Jiang1，ZHANG Dong1，NAN Hon-qiang2，CHANG Yao-wei1，DUAN Guo-wu2，CHEN Qian1
（1.Jinchuan group nickel cobalt Research&Design Institute，Jinchang Gansu 737100，China；2.Jinchuan group Nickel Alloy Co.，Ltd.，Jinchang Gansu 737100，China）

In order to meet the special welding requirements of pure nickel strip processing，plasma welding equipment is adopted，and the main protection mode is argon gas protection.Combined with field production conditions，through welding experiments，the protection effect and influencing factors during plasma welding were studied，and whether or not the welding protection measures and methods needed were further provided.The experimental study shows that there are also in the process of plasma welding plasma welding process gas pollution phenomenon，the need to further increase other protective measures to reduce the influence of gas on the weld，the weld seam gas content tends to base or lower，improve the welding performance.

plasma welding；protection methods；gas pollution；weld performance

TG456.2

A

1672-545X（2017）08-0097-03

2017-05-12

王 江（1983-），男，山西長(zhǎng)治人，工學(xué)學(xué)士，金屬材料工程師，從事鎳及鎳合金加工工藝研究。